一种铅酸-全钒混合储能电池的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种铅酸-全钒混合储能电池，包括依次设置的正极、正极电解液腔、隔膜、负极电解液腔、负极，正极为PbO2电极，负极为铅电极，正极电解液腔中充装有四价钒的酸溶液作为正极电解液，正极电解液腔中充装有三价钒的酸溶液作为负极电解液。通过采用铅酸电池的电极和全钒液流电池的电解液，结合铅酸电池与全钒液流电池的电化学成流反应，将二者有机结合，提高了电池容量和能量密度。
【专利说明】-种铅酸-全钒混合储能电池
【技术领域】
[0001] 本发明涉及储能电池，具体地说是一种铅酸-全钒混合储能电池。
【背景技术】
[0002] 日前随着世界能源供应日趋短缺，人们开始对风能、太阳能等可再生能源的开发 和利用广泛关注，但要保证太阳能、风能等可再生能源发电系统的稳定供电，就必须结合高 效、廉价、安全可靠的储能技术与其配合，纵观各种储能技术，其中化学储能方式的液流储 能电池以其独特的优势而成为目前最适宜大规模储能的蓄电池之一。
[0003] 全钒液流储能电池是一种低能耗、高效率、环境友好型的液流储能电池，具有能量 密度和电流效率高、装置简单易操纵、使用寿命长、成本低廉等优点，主要应用于电网调峰、 风能和太阳能等可再生能源发电、电动汽车等领域。
[0004] 但是目前的全钒液流储能电池存在价格高、能量密度低的缺点，限制了其大规模 使用。
[0005] 铅酸电池技术成熟，已有百年的发展历史，目前在车用、起动用等领域有着广泛的 应用。但是铅酸电池在大规模储能领域由于其较低的容量，限制了应用。
[0006] 本发明通过采用铅酸电池的电极和全钒液流电池的电解液，结合铅酸电池与全钒 液流电池的电化学成流反应，将二者有机结合，提高了电池的电池容量和能量密度。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于通过采用铅酸电池的电极和全钒液流电池的电解液，结合铅酸 电池与全钒液流电池的电化学成流反应，将二者有机结合，提高电池容量和能量密度。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0009] -种铅酸-全钒混合储能电池，包括依次设置的正极、正极电解液腔、隔膜、负极 电解液腔、负极，正极为Pb0 2电极，负极为铅电极，正极电解液腔中充装有四价钒的酸溶液 作为正极电解液，负极电解液腔中充装有三价钒的酸溶液作为负极电解液。
[0010] 电池充电时，正极首先发生四价钒至五价钒的氧化反应，随着四价钒的消耗，Pb02 逐步参与电化学成流反应，生成PbS04 ;负极首先发生三价f凡至二价f凡的还原反应，随着三 价钥;的消耗，Pb电极逐步参与电化学成流反应，生成PbS04 ;
[0011] 放电时，正极首先发生PbS04至Pb02的氧化反应，随着PbS04的消耗，五价钒逐步 参与电化学成流反应，生成四价钒；负极首先发生PbS04至Pb的还原反应，随着PbS04的消 耗，二价f凡逐步参与电化学成流反应，生成三价钥;。
[0012] 正极电解液为浓度0. l-4mol/L四价钒离子的酸溶液，负极电解液为浓度 0. l-4mol/L三价钒离子的酸溶液，所述酸溶液浓度为0. 5-5mol/L。
[0013] 所述酸为盐酸、硫酸、磷酸或上述酸的混合体系；所述隔膜包括阳离子膜、阴离子 膜等致密膜或多孔膜。
[0014] 本发明的有益效果：
[0015] 1、通过采用铅酸电池的电极和全钒液流电池的电解液，结合铅酸电池与全钒液流 电池的电化学成流反应，将二者有机结合，提高电池容量和能量密度。
[0016] 2、铅酸-全钒混合储能电池实际能量密度达到30Wh/kg，高于全钒液流储能电池 的 15Wh/kg。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为铅酸-全钒储能电池结构示意图；其中1-正极电解液腔、2-负极电解液腔、 3_泵、4-端板、5-隔膜、6-Pb0 2正极、7-铅电极
[0018] 图2为对比例与实施例1的电池充电电曲线对比；
[0019] 图3为对比例与实施例2的电池充电电曲线对比；
[0020] 图4为对比例与实施例3的电池充电电曲线对比。
【具体实施方式】
[0021] 下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
[0022] 对比例
[0023] 全钒液流储能电池：
[0024] 1)正负极米用5*5*0. 3cm碳毯；
[0025] 2)正极电解液采用30mL的1. 5mol mol/L四价f凡的3mol/L硫酸溶液；
[0026] 3)负极电解液采用30mL的1. 5mol mol/L三价f凡的3mol/L硫酸溶液；
[0027] 4)隔膜采用阳离子膜Nafionll5 ;
[0028] 5)电池充放电制度：80m A/cm2,充电截止电压：1. 55V，放电截止电压：1. 0V。
[0029] 实施例1
[0030] 铅酸一全钒储能电池：
[0031] 1)正极采用5*5cm Pb02电极；
[0032] 2)负极采用5*5cm Pb电极；
[0033] 3)正极电解液采用30mL的1. 5mol mol/L四价f凡的3mol/L硫酸溶液；
[0034] 4)负极电解液采用30mL的1. 5mol mol/L三价f凡的3mol/L盐酸溶液；
[0035] 5)隔膜米用阳尚子膜Nafionll5 ;
[0036] 6)电池充放电制度：80m A/cm2,充电截止电压：2. 2V，放电截止电压：1. 0V。
[0037] 根据图2的充放电曲线计算可知：铅酸-全钒储能电池在电池体积相同时，充电时 间延长一倍，放电时间也相应延长，具有更高的容量。同时，铅酸-全钒储能电池在80m Α/ cm2下运行，能量效率为80. 5%。
[0038] 实施例2
[0039] 铅酸一全钒储能电池：
[0040] 7)正极米用5*5cm Pb02电极；
[0041] 8)负极米用5*5cm Pb电极；
[0042] 9)正极电解液采用30mL的1. 5mol mol/L四价f凡的3mol/L磷酸溶液；
[0043] 10)负极电解液采用30mL的1. 5mol mol/L三价f凡的3mol/L硫酸溶液；
[0044] 11)隔膜采用阳离子膜Nafionll5 ;
[0045] 12)电池充放电制度：80m A/cm2,充电截止电压：2. 2V，放电截止电压：1. 0V。
[0046] 根据图3的充放电曲线计算可知：铅酸-全钒储能电池在80m A/cm2下运行，能量 效率为80. 7%。
[0047] 实施例3
[0048] 铅酸一全钒储能电池：
[0049] 13)正极米用 5*5cm Pb02 电极；
[0050] 14)负极米用5*5cm Pb电极；
[0051] 15)正极电解液采用30mL的1. 5mol mol/L四价钒的3mol/L盐酸溶液；
[0052] 16)负极电解液采用30mL的1. 5mol mol/L三价f凡的3mol/L磷酸溶液；
[0053] 17)隔膜采用阳离子膜Nafionll5 ;
[0054] 18)电池充放电制度：80m A/cm2,充电截止电压：2. 2V，放电截止电压：1. 0V。
[0055] 根据图4的充放电曲线计算可知：铅酸-全钒储能电池在80m A/cm2下运行，能量 效率为81. 7%。
【权利要求】
1. 一种铅酸-全钒混合储能电池，包括依次设置的正极、正极电解液腔、隔膜、负极电 解液腔、负极，其特征在于：正极为Pb0 2电极，负极为铅电极，正极电解液腔中充装有四价钒 的酸溶液作为正极电解液，负极电解液腔中充装有三价钒的酸溶液作为负极电解液。
2. 如权利要求1所述的铅酸-全钒混合储能电池，其特征在于： 电池充电时，正极首先发生四价钒至五价钒的氧化反应，随着四价钒的消耗，Pb02逐步 参与电化学成流反应，生成PbS04 ;负极首先发生三价f凡至二价f凡的还原反应，随着三价钥； 的消耗，Pb电极逐步参与电化学成流反应，生成PbS04 ; 放电时，正极首先发生PbS04至Pb02的氧化反应，随着PbS04的消耗，五价钒逐步参与 电化学成流反应，生成四价钒；负极首先发生PbS04至Pb的还原反应，随着PbS04的消耗，二 价钥;逐步参与电化学成流反应，生成三价钥;。
3. 如权利要求1所述的铅酸-全钒混合储能电池，其特征在于：正极电解液为浓度 0. l-4mol/L四价钒离子的酸溶液，负极电解液为浓度0. l-4mol/L三价钒离子，所述酸溶液 浓度为 〇· 5_5mol/L。
4. 如权利要求1或3所述的铅酸-全钒混合储能电池，其特征在于：所述酸为盐酸、硫 酸、磷酸中的一种或二种以上上述酸的混合体系。
5. 如权利要求1所述的超级铅酸-全钒混合储能电池，其特征在于：所述隔膜包括致 密膜或多孔膜，所述致密膜为阳离子膜或阴离子膜。
【文档编号】H01M10/36GK104143660SQ201310167808
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月9日 优先权日:2013年5月9日
【发明者】赖勤志, 张华民, 程元徽 申请人:中国科学院大连化学物理研究所